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1、第三章 原子结构 3.1微观粒子的运动规律 3.2原子的量子力学模型 3.3原子核外电子排布和元素周期系 3.4元素基本性质的周期性p47页页 3.0 氢原子光谱和玻尔理论13.0 氢原子光谱和玻尔理论 p47-49页页氢原子光谱氢原子光谱什么是什么是线状光谱？线状光谱？当气体或蒸气用火焰、电弧等方法灼热时，发出由当气体或蒸气用火焰、电弧等方法灼热时，发出由不同波长组成的光，通过棱镜分光后，得到不同波不同波长组成的光，通过棱镜分光后，得到不同波长的谱线称为线状光谱，又称原子光谱。不同元素长的谱线称为线状光谱，又称原子光谱。不同元素的原子光谱图不同。的原子光谱图不同。n=3n=4n=5氢原子光谱
2、图3.0.1 氢原子光谱氢原子光谱2光谱线在可见光区的特点：（1） 谱图为不连续谱图为不连续的线状光谱的线状光谱（2） 从长波到短波，谱线从长波到短波，谱线的距离越来越小的距离越来越小谱线的频率符合谱线的频率符合下列公式：下列公式： v = 3.2891015 1122n2n= 3, 4, 5n3时，时，对应于谱线对应于谱线 H ：v4.5681014(s-1) = = = 6.56310-7(m)656.3 nmC光速光速v2.9981084.5681014n4,5,.分别对应于谱线分别对应于谱线 H ，H ，.可见光区的谱线称为巴尔麦系光谱可见光区的谱线称为巴尔麦系光谱.3光谱线特点可用下
3、列通式( (经验公式) )表示：R 等于等于3.2891015 s-1，称称“里德堡常数里德堡常数”。n1时，称为拉曼系光谱（紫外光区）时，称为拉曼系光谱（紫外光区）n1时，称为巴尔麦系光谱（可见光区）时，称为巴尔麦系光谱（可见光区）n1时，称为帕邢系光谱（红外光区）时，称为帕邢系光谱（红外光区） v vR - - (n2n1，且为整数且为整数)11n12n22n 的物理意义是表示电子的不同能级的物理意义是表示电子的不同能级。n1 =2，n2 = 3，4，5，表示电子从较高能级跳回到第二能级从较高能级跳回到第二能级时，释放出来的能量相应于各个谱线的波长。p49页页43.0.2 玻尔的原子结构理
4、论玻尔的原子结构理论(1913年年) p50-51p50-51页页量子化物理量子化物理量和量子：量和量子：表征微观粒子某些物理量只能不连续地变化，即表征微观粒子某些物理量只能不连续地变化，即其数值只能是某一最小单位的整倍数，称这些物其数值只能是某一最小单位的整倍数，称这些物理量为理量为“量子化量子化”的物理量的物理量。例如，光是量子化的，光的量子称为光子，光的能量也必是量子例如，光是量子化的，光的量子称为光子，光的能量也必是量子化的化的, ,一个光子的能量是一个光子的能量是： hv = h 称为普朗克常数，等于称为普朗克常数，等于6.625610-34Jshc 所以：光量子的能量与光的波长成反
5、比，波长越短，能量越大。所以：光量子的能量与光的波长成反比，波长越短，能量越大。5玻尔原子结构理论的要点：玻尔原子结构理论的要点： 核外电子运动取核外电子运动取一定的轨道一定的轨道。在此轨道上运。在此轨道上运动的电子不放出能量也不吸收能量。动的电子不放出能量也不吸收能量。根据这一假设，可以解释根据这一假设，可以解释氢原子稳定存在的问题。氢原子稳定存在的问题。 在一定轨道上运动的电子有一定的能量，计算时只能取某些由在一定轨道上运动的电子有一定的能量，计算时只能取某些由量子化量子化条件条件决定的正整数。决定的正整数。p51公式公式.电子的基态和电子的基态和激发态：激发态：电子运动的轨道离核越近，电
6、子的能量越低。电子处于最电子运动的轨道离核越近，电子的能量越低。电子处于最低能量时的状态称为低能量时的状态称为基态基态。基态电子吸收能量而跃迁到较。基态电子吸收能量而跃迁到较高能级上时的状态称为高能级上时的状态称为激发态激发态。氢原子核外电氢原子核外电子的能量公式：子的能量公式：p53页页E = eV 或：或：13.6n2（1eV = 1.60210-19 J）E = J 2.179 10-18 n2当n1 时，就是基态电子能量。n 1 时的能量就是激发态电子能量。p51p51页页 电子在激发态轨道上不稳定，跃迁回较低能级轨道时，放出一定波长电子在激发态轨道上不稳定，跃迁回较低能级轨道时，放出
7、一定波长的光。的光。 p51公式公式.67氢原子的氢原子的氢原子的氢原子的吸收光谱吸收光谱吸收光谱吸收光谱电子在不同激发态轨道上跃迁回较低能级轨道时，电子在不同激发态轨道上跃迁回较低能级轨道时，放出一定波长的能量，从而产生放出一定波长的能量，从而产生吸收光谱吸收光谱。 其能量为：其能量为： -p53-55p53-55页页页页因为：因为：= E2 E1 = hv v = E2 E1 h; E = J 2.179 10-18 n2v = 2.179 10-18 hn12n2211 = 3.2891015 s-12.179 10-18 h与前面与前面“里德堡常数里德堡常数”比较比较: R = 3.2
8、891015 s-1 (实验值实验值) (计算值计算值)玻尔氢原子结构理论成功地解释了玻尔氢原子结构理论成功地解释了氢原子光谱的规律性，但是用于解释多氢原子光谱的规律性，但是用于解释多电子原子光谱或磁场内的光谱却遇到了困难，其电子原子光谱或磁场内的光谱却遇到了困难，其主要原因是主要原因是没有完全冲破没有完全冲破经典物理的束缚，后来，经典物理的束缚，后来，微观粒子二象性的发现，导致了现代原子结构理微观粒子二象性的发现，导致了现代原子结构理论的产生。论的产生。该公式计算结果与里德堡常该公式计算结果与里德堡常数非常吻合，从而解释了氢数非常吻合，从而解释了氢光谱的规律性。光谱的规律性。所以：所以：二者
9、的一致性二者的一致性83.1微观粒子的运动规律 l 3.1.1光的波粒二象性l 3.1.2微观粒子的波粒二象性l 3.1.3测不准原理p56-5893.1.1光的波粒二象性l爱因斯坦通过普朗克常数爱因斯坦通过普朗克常数(h)把光的波粒二象性把光的波粒二象性统一起来，揭示光的本质：统一起来，揭示光的本质：能量能量动量动量频率频率波长波长 P = h/ E = hv粒子性粒子性波动性波动性p56页页二象性既有粒子性，又具有波动性的性质。既有粒子性，又具有波动性的性质。101927年，戴维森和革尔麦进行的电子衍射实验，证实了德布罗意的预言-假如光具有二象性，那么微观粒子在某些情况下，假如光具有二象性
10、，那么微观粒子在某些情况下，也能表现波动性。即微观粒子也具有二象性。也能表现波动性。即微观粒子也具有二象性。 = = hmvhp 粒子运动波长 m 粒子质量 v 粒子运动速度 p动量 h 6.62610-34 Js例：例： 一个电子的质量为一个电子的质量为9.1110-31 kg，运动速运动速度为度为106 ms-1，则电子运动的波长为：则电子运动的波长为： = = = 0.72810-9 (m) = 728 pmhmv6.62610-349.1110-31 1063.1.2微观粒子的波粒二象性 p56-57p56-57页页1924年年,法国物法国物理学家德布罗理学家德布罗意的预言意的预言:1
11、11927年，微观粒子波粒二象性的实验证明年，微观粒子波粒二象性的实验证明：物质波的证明电子的晶体衍射l当电子通过晶体时，在屏幕上产生明暗交替的衍射环。这说明电子当电子通过晶体时，在屏幕上产生明暗交替的衍射环。这说明电子射线同射线同X射线一样有衍射现象，证明了德布罗意假设的正确性，亦射线一样有衍射现象，证明了德布罗意假设的正确性，亦证明了证明了电子具有波动性电子具有波动性。p57页页12德国物理学家德国物理学家海森堡海森堡海森堡海森堡提出的测不准原理是波粒二象性的重要提出的测不准原理是波粒二象性的重要结论之一，其数学表达式为：结论之一，其数学表达式为： p58-59p58-59页页 h 谱朗克
12、常数，谱朗克常数，6.62610-34 Jsx 表示微粒表示微粒沿沿x方向方向的位置坐标的测不准量。的位置坐标的测不准量。p 表示微粒表示微粒沿沿x方向方向的动量测不准量。的动量测不准量。此式表明，要同时测准一个微观此式表明，要同时测准一个微观粒子的位置和动量是不可能的粒子的位置和动量是不可能的 x p h/2 l 因此，微观粒子的运动使用统计规律描述，因此，微观粒子的运动使用统计规律描述， 即即概率描述概率描述。3.1.3海森堡测不准原理（1927）13例如：例如：原子中电子的运动范围为原子中电子的运动范围为10-10 m, 确定电子位置的测不准确定电子位置的测不准量量x 合理值为合理值为1
13、0-11 m，电子的质量为电子的质量为9.1110-31 kg，则可求出电则可求出电子运动速度的测不准值。子运动速度的测不准值。解：解：px = = vxmvx = = 1.16107 ms-1 hxm 2 6.63 10-34 10-119.11 10-31 6.28vx已经大于电子的运动速度已经大于电子的运动速度 (106 ms-1)，显然，电子的速度是不能确定的。也就显然，电子的速度是不能确定的。也就是说，描述微观粒子的运动，是说，描述微观粒子的运动，不能用经典不能用经典力学的运动轨道概念。力学的运动轨道概念。根据根据 x p h/2 ，则有：，则有：143.2原子的量子力学模型l 3.
14、2.1波函数和原子轨道波函数和原子轨道l 3.2.2电子云和几率密度电子云和几率密度l 3.2.3原子轨道及电子云的角度分布图原子轨道及电子云的角度分布图l 3.2.4四个量子数四个量子数p59-80页页153.2.1波函数和原子轨道 p59页页l l薛定锷方程薛定锷方程(描述微观粒子运动的波动方程描述微观粒子运动的波动方程)oxyzx, y, z 三维空间坐标三维空间坐标m电子质量电子质量h普朗克常数普朗克常数E电子总能量电子总能量V电子在原子中的潜能电子在原子中的潜能？16l l 是是描述电子运动的波函数，也称为原子轨道、描述电子运动的波函数，也称为原子轨道、原子轨迹或原子函原子轨迹或原子
15、函l l 可以描述原子核外电子运动状态可以描述原子核外电子运动状态对x的二阶偏导数对y的二阶偏导数对z的二阶偏导数p60页页173.2.2电子云和几率密度 p64-67页页l l 没有物理意义，复数表达式为：没有物理意义，复数表达式为： =a+bil| |2就是就是几率密度几率密度，即单位体积中的几率，即单位体积中的几率l电子云电子云是是| |2的具体图像的具体图像1s电子云电子云| |2 r图图（覆盖（覆盖95%几率）几率）s电子云的界面图电子云的界面图183.2.3原子轨道及电子云的角度分布图l 通过薛定谔方程求解而得通过薛定谔方程求解而得l 在球极坐标系中求解：在球极坐标系中求解： (x
16、,y,z) (r, , ) Oxyz P(r, , )P0 r 0 纬度纬度0 2经度经度x = r sin cos y = r sin sin z = r cos p61页图页图p70-73p70-73页页19 l变量分离：变量分离：(r, , )R(r) Y( , )lR(r)：径向函数径向函数lY( , )：角度函数角度函数Y2Pz = cos Y2Pz2 = ( ( cos ) )2 pz轨道角度分布示意图轨道角度分布示意图3.2.3原子轨道及电子云的角度分布图p70-73p70-73页页2pz轨道角度分布，有正负2pz电子云角度分布，无正负201.总能量总能量2.波函数波函数()0/
17、301,arear -=pq()( ) (), YrRr=qjq角度部分：角度部分：()41,Y=pq( )0/301arearR- = 2径向部分：径向部分：例：氢原子的基态例：氢原子的基态 1s轨道轨道P68P68-69-69页页p63-64p63-64页页211s轨道轨道p68-69p68-69页页径向函数径向函数22问题：问题：1s 轨道的几率径向分布图中最大几率的球面半径为轨道的几率径向分布图中最大几率的球面半径为52.9 pm, 刚好是玻尔刚好是玻尔原子半径。从电子云图上知道，在圆心附近电子出现的几率密度最大，而几率原子半径。从电子云图上知道，在圆心附近电子出现的几率密度最大，而几
18、率径向分布图在径向分布图在r = 0 附近时几率很小，为什么？附近时几率很小，为什么？a0 = 52.9 pm答案：答案：这是因为尽管圆心附近几率密度这是因为尽管圆心附近几率密度| |2大，但由于大，但由于 r 很小，电子出现的几很小，电子出现的几率并不大；随率并不大；随 r 的增大，的增大，dr 壳层体积增大，电子出现的几率越来越大，在玻尔壳层体积增大，电子出现的几率越来越大，在玻尔半径处最大。以后随半径的增大，由于几率密度减小因素占主要，电子出现的半径处最大。以后随半径的增大，由于几率密度减小因素占主要，电子出现的几率随半径的增大而减小。几率随半径的增大而减小。 ( 分析公式： D(r)
19、= 4 r2 | |2 )p68-69p68-69页页页页23是一种球形对称分布是一种球形对称分布角度分布：1 S 轨道轨道角度分布角度分布示意图示意图1s轨道轨道p72-73p72-73页页页页+24原子轨道和电子云的角度分布图s 原子轨道原子轨道角度分布图角度分布图s 电子云电子云的角度分布图的角度分布图p72-73p72-73页页25原子轨道和电子云的角度分布图p原子轨道原子轨道的角度分布图的角度分布图p电子云电子云的角度分布图的角度分布图p72-73p72-73p72-73p72-73页页26原子轨道和电子云的角度分布图d原子轨道原子轨道的角度分布图的角度分布图p72-73p72-73
20、p72-73p72-73页页27原子轨道和电子云的角度分布图d电子云的电子云的角度分布图角度分布图p72-73p72-73p72-73p72-73页页283.2.3角度分布图的解释l红色部分表示红色部分表示 + ，金色部分表示，金色部分表示 l图象只代表波函数图象只代表波函数(或电子云或电子云)的角度部分，不代表全波函数的角度部分，不代表全波函数l = R(r) Y( , )l原子轨道的角度分布图与电子云的角度分布图的区别：原子轨道的角度分布图与电子云的角度分布图的区别：电子云的角度分布图比原子轨道的角度分布图瘦些，因为电子云的角度分布图比原子轨道的角度分布图瘦些，因为Y1，所以所以Y2 2Y
21、原子轨道角度部分的正负号代表原子轨道角度部分的正负号代表 Y 值值的的正负，不代表电荷正负，不代表电荷l径向函数径向函数R(r)、角度函数角度函数Y( , ) 分别受量子数分别受量子数n、l 和和l、m 限定限定293.2.4四个量子数 p74页l 3.2.4.1主量子数：主量子数：nl 3.2.4.2角量子数：角量子数： ll 3.2.4.3磁量子数：磁量子数： ml 3.2.4.4自旋量子数：自旋量子数： ms 303.2.4.1主量子数 nl物理意义物理意义: 主量子数表示电子离核远近和轨道能量的高低主量子数表示电子离核远近和轨道能量的高低 n 值越小，电子离核越近，能量越低值越小，电子
22、离核越近，能量越低 n 值越大，电子离核越远，能量越高值越大，电子离核越远，能量越高l取值范围取值范围: 正整数正整数 (n=1, 2, 3, ,)主主量子数量子数n1234567电子层电子层一一二二三三四四五五六六七七符号符号KLMNOPQ主主量子数与电子层的对应关系量子数与电子层的对应关系313.2.4.1主量子数 nl氢原子氢原子(类氢原子类氢原子)核外电子能量值决定于主量子数核外电子能量值决定于主量子数 En= eV13.6n2或：或：323.2.4.2角量子数 ll物理意义物理意义: 表示原子轨道或电子云的形状；表示原子轨道或电子云的形状； 表示同电子层中具有不同状态的亚层；表示同电
23、子层中具有不同状态的亚层； 多电子原子中电子的能量决定于主量子数多电子原子中电子的能量决定于主量子数 n 和角量子数和角量子数 l。l取值范围取值范围: l = 0, 1, 2, 3 , n-1l取值数目取值数目 = n 值值 333.2.4.2角量子数 l角量子数角量子数 01234亚层符号亚层符号spdfg轨道形状轨道形状球形球形哑铃型哑铃型花瓣型花瓣型角量子数与电子亚层、轨道形状的对应关系角量子数与电子亚层、轨道形状的对应关系主量子数与角量子数的关系主量子数与角量子数的关系n1234电子层电子层KLMNl00 10 1 20 1 2 3亚层亚层1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4
24、d 4f343.2.4.2角量子数 lln 相同，相同，l 越大能量越高越大能量越高E2sE2p E3sE3pE3dE4sE4pE4d L M Nln 越大，越大， 被被屏蔽程度屏蔽程度 () 越大，越大，Z* 越小，能量越高：越小，能量越高：K L M Nln 相同，相同，l 越大，被屏蔽作用越大，被屏蔽作用 () 越大，能量越高越大，能量越高能能级分裂：级分裂： EnsEnpEndEnfp83页513d 与与 4s轨道的径向分布图轨道的径向分布图钻穿效应2s,2p轨道的径向分布图轨道的径向分布图 钻穿效应解释能级分裂。钻穿效应解释能级分裂。 n 相同，相同，l 越小，越小，钻穿钻穿能力能力
25、增强，能量降低。增强，能量降低。 钻穿效应解释能级交错钻穿效应解释能级交错 4s的最大峰虽然比的最大峰虽然比3d离核远，但离核远，但由于它有三个小峰由于它有三个小峰钻到钻到3d峰内而靠峰内而靠近核，致使其能量低于近核，致使其能量低于3d，产生了产生了能级交错现象能级交错现象p85页523.3.1.3 科顿能级图l 可以比较同一原子中原子轨道能可以比较同一原子中原子轨道能级的相对高低，还可以比较不同元级的相对高低，还可以比较不同元素原子轨道的能级相对高低。素原子轨道的能级相对高低。l n相同的氢原子轨道的简并性和相同的氢原子轨道的简并性和过渡元素失电子的先后顺序。过渡元素失电子的先后顺序。l 原
26、子轨道的能量随原子序数的增原子轨道的能量随原子序数的增大而降低。大而降低。l 随着原子序数的增大，原子轨道随着原子序数的增大，原子轨道产生能级交错现象。产生能级交错现象。p87页1533.3.2核外电子排布l 3.3.2.1基态原子核外电子排布三规则基态原子核外电子排布三规则l 3.3.2.2基态原子的电子排布基态原子的电子排布l 3.3.2.3基态阳离子排布基态阳离子排布p87-91页543.3.2.1核外电子排布三规则l泡利不相容原理泡利不相容原理在同一原子中，每个轨道上最多只能容纳自旋方向相反的两个在同一原子中，每个轨道上最多只能容纳自旋方向相反的两个电子电子l能量最低原理能量最低原理在
27、满足前一条件下，电子在原子轨道上的排布应使整个原子体在满足前一条件下，电子在原子轨道上的排布应使整个原子体系能量处于最低系能量处于最低l洪特规则洪特规则在等价轨道上，电子将尽可能以自旋平行的方式分占不同轨在等价轨道上，电子将尽可能以自旋平行的方式分占不同轨道道等价轨道全等价轨道全(p6,d10,f14)、半充满半充满(p3,d5,f7)和全空和全空(p0,d0,f0 )，能量最低，原子结构稳定能量最低，原子结构稳定p88-89p88-89页页页页553.3.2.2基态原子的电子排布l多电子原子中电子进入轨道的能级顺序多电子原子中电子进入轨道的能级顺序是：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d
28、5p6s4f5d6p7s5f6d ns (n-1)d (n-2)f 26Fe Ar3d64s2 Ar3d64s0 Ar3d54s0 Ar3d44s2 Ar3d34s2 Fe2+ Fe3+57基态阳离子常见的五种电子构型外层电子结构外层电子结构电子构型电子构型外层外层电子数电子数实实 例例1s22e-2Li+,Be2+ ns2 np68e-8Na+,Mg2+,Al3+,Sc3+,Ti4+ns2 np6 nd19(917)e-917Cr3+,Mn2+,Fe2+,Fe3+,Cu2+ ns2 np6 nd1018e-18Ag+,Cu+,Zn2+,Cd2+,Hg2+ (n-1)s2 (n-1)p6 (n
29、-1)d10 ns2(18+2)e-18+2Sn2+,Pb2+,Sb3+,Bi3+ 58l元素周期律元素周期律元素以及由它形成的单质和化合物的性质，随着元素的元素以及由它形成的单质和化合物的性质，随着元素的原子序数原子序数(核电荷数核电荷数)的依次递增，呈现周期性的变化的依次递增，呈现周期性的变化l周期周期每一能级组对应于一个周期（见下一页表）每一能级组对应于一个周期（见下一页表）3.3.3原子的电子层结构和元素周期系p91-103p91-103页页59周期的划分和轨道能级组的关系表周期周期数数原子原子序数序数元素元素数目数目最高能级组最高能级组最大电子最大电子容量容量11221s第一能级组第
30、一能级组2231082s,2p第二能级组第二能级组83111883s,3p第三能级组第三能级组841936184s,3d,4p第四能级组第四能级组1853754185s,4d,5p第五能级组第五能级组1865586326s,4f,5d,6p第六能级组第六能级组32787112 (未完未完)237s,5f,6d,7p第七能级组第七能级组32 周期数周期数 元素电子层数元素电子层数 能级组中最高主量子数能级组中最高主量子数 元素数目元素数目 相应能级组中原子轨道的最大电子容量相应能级组中原子轨道的最大电子容量p103p103页页60元素分区f f 区：区：区：区：( (n n 2)f 2)f 01
31、4014( (n n 1)d 1)d0202n ns s2 2KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTcRuRbPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaHaTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnLiBeNaMgHBCNOFNeAlSiPSClArHeFrRaAcRfDbSgBhHsMtUunUuuUubLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLrs s 区：区：区：区：n ns s1212p p 区：区：区：区：nsns2 2npnp1616d d
32、 区：区：区：区：( (n n 1)d1)d1919n ns s12 12 (Pd(Pd：4d4d10 10 无无无无 s s 电子电子电子电子) )dsds 区：区：区：区：( (n n 1)d1)d1010n ns s121261第一过渡系第一过渡系第二过渡系第二过渡系第三过渡系第三过渡系第四过渡系第四过渡系镧系元素镧系元素镧系元素镧系元素锕系元素锕系元素锕系元素锕系元素f f区元素区元素区元素区元素62ls 区区最后一个电子填充在最后一个电子填充在 s 能级上的元素能级上的元素位于元素周期表左侧，包括位于元素周期表左侧，包括A，A 结构特点：结构特点：ns12 化学性质：易化学性质：易失
33、失电子变成阳离子，为活泼金属电子变成阳离子，为活泼金属 (H除外除外)ld 区区最后一个电子填充在最后一个电子填充在 d 能级上的元素能级上的元素位于元素周期表中部，包括位于元素周期表中部，包括BB,B族族结构特点结构特点： (n-1)d19ns12 特例：特例：Pd: 4d10化学性质：过渡元素，有多种氧化数化学性质：过渡元素，有多种氧化数(变价变价)元素分区p101p101页页63元素分区lds 区区最后一个电子填充到最后一个电子填充到 d 能级上且达到能级上且达到 d10 状态的元素状态的元素位于元素周期表的中部，包括位于元素周期表的中部，包括B,B 结构特点结构特点：(n-1)d10n
34、s12 化学性质：过渡元素，可失化学性质：过渡元素，可失12电子电子lf 区区最后一个电子填充到最后一个电子填充到 f 能级上的元素能级上的元素位于表的下部，包括镧系元素和锕系元素位于表的下部，包括镧系元素和锕系元素结构特点：结构特点： (n-2)f014 (n-1)d02ns2化学性质：内过渡元素化学性质：内过渡元素(因电子填充内层因电子填充内层)，变价，变价p101p101页页64 l周期表把元素分为周期表把元素分为16族族-7个个A族，族，1个个0族族(A)-7个个B族，族，1个个族族(B)l主族元素的原子价层电子数主族元素的原子价层电子数 族数族数 (副族不一定副族不一定)p103p1
35、03页页l l 族同一族各元素的价电子构型相同，性质相似同一族各元素的价电子构型相同，性质相似653.4元素基本性质的周期性l 3.4.1原子半径原子半径l 3.4.2电离能电离能l 3.4.3电子亲和能电子亲和能l 3.4.4元素电负性元素电负性p104-114p104-114页页663.4.1原子半径l l共价半径共价半径共价半径共价半径同种元素的两个原子以共价单键结合时，其核间距离同种元素的两个原子以共价单键结合时，其核间距离的一半的一半l l金属半径金属半径金属半径金属半径金属单质的晶体中，相邻两原子的核间距离的一半金属单质的晶体中，相邻两原子的核间距离的一半l l范德华半径范德华半径
36、范德华半径范德华半径当原子间没有形成化学键而只靠分子间的作用力互相当原子间没有形成化学键而只靠分子间的作用力互相接近时，相邻两原子的核间距离的一半接近时，相邻两原子的核间距离的一半p105p105页页67 r 减小缓慢；减小缓慢；IB, IIB 略有略有增大增大。Z*增大不多；增大不多；IB, IIB屏蔽效应大导致屏蔽效应大导致Z*减小；减小；IVA后后Z*增加。增加。 原子半径变化规律 原子半径原子半径 r 的大小主要决定于：的大小主要决定于： 原子的原子的有效核电荷数有效核电荷数 Z*和电子层数和电子层数 n l同一元素：同一元素：r (负离子负离子) r (原子原子) r (正离子正离子
37、)l同一周期同一周期v 短周期中：短周期中：v 长周期中：长周期中：r 逐渐减小逐渐减小 Z*增加增加 p105p105页页68 原子半径变化规律 p105p105页页l同一族同一族v 同同A族中：族中：v 同同B族中：族中： 依依次次增增大大电电子子层层增增加加变变化化不不明明显显 特别是特别是第五和第六周期的元素、原子半径非常接近，第五和第六周期的元素、原子半径非常接近，以致于它们的性质非常相似，在自然界中常常共生在一以致于它们的性质非常相似，在自然界中常常共生在一起，难以分离。起，难以分离。( (镧系、锕系收缩镧系、锕系收缩镧系、锕系收缩镧系、锕系收缩) )69主族元素70(1) (1)
38、 副族副族副族副族原子的价电子层构型原子的价电子层构型原子的价电子层构型原子的价电子层构型 ( (n-1)dn-1)d1-101-10nsns1-21-2副族元素：半径半径总趋势总趋势: : 同周期同周期 左左右右 大大小；小； 同副族同副族 不规律不规律71 (2) (2) 副族副族副族副族原子半径的变化原子半径的变化原子半径的变化原子半径的变化723.4.2电离能l基态气态原子失去一个电子形成基态气态原子失去一个电子形成+1价气态离子所需要的能量价气态离子所需要的能量叫该叫该原子的第一电离能原子的第一电离能；由由+1价气态离子再失去一个电子形价气态离子再失去一个电子形成成+2价气态离子所需
39、要的能量叫做价气态离子所需要的能量叫做第二电离能第二电离能；类似定义第；类似定义第三、第四电离能三、第四电离能 电离能用符号电离能用符号 I 表示，单位表示，单位: kJmol-1 或或 ev通常讲的电离能指的都是第一电离能通常讲的电离能指的都是第一电离能l电离能电离能 I 的大小反映了原子失去电子的难易的大小反映了原子失去电子的难易l元素的元素的电离能电离能 I 是元素金属活泼性的一种衡量尺度是元素金属活泼性的一种衡量尺度元素的金属性是元素的原子失去电子成正离子的性质元素的金属性是元素的原子失去电子成正离子的性质 p108p108页页733.4.2电离能lI 主要决定于原子的有效荷电荷数主要
40、决定于原子的有效荷电荷数Z*, 原子半径原子半径 r 和原和原子的电子层结构子的电子层结构lI 主要变化规律主要变化规律同一元素：同一元素：同一族：同一族：lA族：族：lB族：族：同一周期：同一周期：I 依次减小，金属性依次增强依次减小，金属性依次增强 Z*增加不多，增加不多，r 依次增大依次增大I 总趋势增大，金属性减弱，但有起伏总趋势增大，金属性减弱，但有起伏 Z*增大，增大，r 减小，引力增大减小，引力增大 p108p108页页I1 I2 I3变化没规律变化没规律74第一电离能随原子序数增加的变化KK4.3414.341CaCa6.1136.113ScSc6.566.56TiTi6.83
41、6.83V V6.7476.747CrCr6.7676.767MnMn7.4347.434FeFe7.9027.902CoCo7.887.88NiNi7.6407.640CuCu7.7267.726ZnZn9.3949.394GaGa5.9995.999GeGe7.9007.900AsAs9.8159.815SeSe9.7529.752BrBr11.81411.814KrKr13.99913.999RbRb4.1774.177SrSr5.6955.695Y Y6.2176.217ZrZr6.6346.634NbNb6.7596.759MoMo7.0927.092TcTc7.287.28RuRu
42、7.3607.360RbRb7.597.59PdPd8.348.34AgAg7.5767.576CdCd8.9938.993InIn5.7845.784SnSn7.3447.344SbSb8.648.64TeTe9.0099.009I I10.4510.45XeXe12.13012.130CsCs3.8943.894BaBa5.2125.212LuLu5.5775.577HaHa6.8526.852TaTa7.897.89WW7.987.98ReRe7.887.88OsOs8.78.7IrIr9.19.1PtPt9.09.0AuAu9.2269.226HgHg10.43710.437TlTl6
43、.1086.108PbPb7.4177.417BiBi7.2897.289PoPo8.4178.417AtAtRnRn10.74810.748LiLi5.3925.392BeBe9.3229.322NaNa5.1395.139MgMg7.6467.646HH13.59813.598B B8.2988.298C C11.26011.260N N14.53414.534OO13.61813.618F F17.42317.423NeNe21.56421.564AlAl5.9865.986SiSi8.1518.151P P10.48710.487S S10.36010.360ClCl12.96812.
44、968ArAr15.75915.759HeHe24.58724.587FrFrRaRa5.2795.279AcAc5.175.17 p109-111p109-111页页页页75第一电离能随原子序数增加的变化 p110p110页页页页763.4.3电子亲和能l元素气态原子在基态时得到一个电子形成元素气态原子在基态时得到一个电子形成1价气态离子所放出的价气态离子所放出的能量叫该元素的能量叫该元素的第一电子亲和能第一电子亲和能；类似定义类似定义第二、第三亲和能第二、第三亲和能 亲和能用符号亲和能用符号E 表示，单位表示，单位: kJmol-1 不加注明均指第一电子亲和能不加注明均指第一电子亲和能 E
45、 = - H （ H 为热效应，吸热为为热效应，吸热为“+”，放热为，放热为“-”）l元素的电子亲和能元素的电子亲和能E增大越易获得增大越易获得e，非金属性增强非金属性增强。元素非金属性：元素非金属性：元素的原子得到电子变成负离子的性质元素的原子得到电子变成负离子的性质 p112p112页页773.4.3电子亲和能l总变化趋势总变化趋势同一周期：同一周期：同一族：同一族： E 增大增大非金属性增强非金属性增强非非金金属属性性减减弱弱 减减小小N O F E小小 P S Cl E大大 p112-113p112-113页页E例外例外例外例外：783.4.4元素电负性l电负性：原子在分子中吸引成键电
46、子的能力。电负性：原子在分子中吸引成键电子的能力。电负性的数据计算方法不同，数值不同；但在电负性系列电负性的数据计算方法不同，数值不同；但在电负性系列中元素的相对位置大致相同。应用时使用同一类数据进行中元素的相对位置大致相同。应用时使用同一类数据进行比较。比较。密立根求值公式：密立根求值公式：阿莱阿莱-罗周求值公式：罗周求值公式： p114-116p114-116页页 元素电负性大小可以衡量元素的金属性和非金属性的强弱。元素电负性大小可以衡量元素的金属性和非金属性的强弱。元素的电负性数值越大，原子在分子中吸引电子能力越元素的电负性数值越大，原子在分子中吸引电子能力越强，非金属性也越强。强，非金
47、属性也越强。79 元素电负性K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.8Ni1.8Cu1.8Zn1.9Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8KrRb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rb2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5XeCs0.7Ba0.9La1.1Ha1.8Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.8Bi1.9Po2.0At2.2RnLi1.0Be1.5Na0.9Mg1.2H2.1B2.0C2
48、.5N3.0O3.5F4.0NeAl1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0ArHeAAB B B BBBB B0AAA AA p115p115页页80电负性的变化规律：l一般地：一般地：l同一周期中：同一周期中：l同一同一A族中：族中：A增大增大非金属性增强非金属性增强非非金金属属性性减减弱弱 减减小小 p115-116p115-116页页l 同一同一B族中族中-变化规律不明显变化规律不明显81本章本章小结小结基本概念基本概念1.玻尔原子结构理论的要点、玻尔原子结构理论的要点、海森堡海森堡测不准原理测不准原理2.电子运动的波粒二象性、波函数和薛定谔方程电子运动的波粒二象性、波函数和薛定谔方
49、程3.原子轨道原子轨道(波函数波函数)的径向分布图、电子云的径向分布图；的径向分布图、电子云的径向分布图；波函数的角度分布图、电子云的角度分布图；电子云的黑波函数的角度分布图、电子云的角度分布图；电子云的黑点图和界面图点图和界面图4.核外电子的排布三原则、屏蔽效应和钻穿效应核外电子的排布三原则、屏蔽效应和钻穿效应5.元素的周期和族数、电离势和电子亲合势以及电负性元素的周期和族数、电离势和电子亲合势以及电负性82本章重点本章重点l 四个量子数四个量子数l 核外电子排布核外电子排布l 元素周期律和元素性质的周期性元素周期律和元素性质的周期性本章难点本章难点 原子轨道原子轨道(波函数波函数)的概念的
50、概念 波函数、电子云的径向分布波函数、电子云的径向分布 波函数、电子云的角度分布波函数、电子云的角度分布83计算公式：计算公式： E = eV 或或或或 13.6n2E = J 2.179 1010- -1818 n2氢原子核外电氢原子核外电子能量公式子能量公式多电子原子电多电子原子电子能量公式子能量公式E (eV)13.6(Z - )2 n2 波粒二象性关波粒二象性关系式系式 = = hmvhp测不准原理测不准原理pxxh四个量子数的四个量子数的取值范围取值范围n：1，2，3， 自然数自然数l： 0，1，2， (n-1)m：0，1，2，lms ： 1284 作业作业 p117：3, 4, 5, 9, 12, 15, 16, 17. 本本章章小结，小结，预习第四章预习第四章858687888990
